一种直流式气液旋流分离器的仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种直流式气液旋流分离器的仿真方法，首先根据流体力学理论，基于欧拉方法得到气相三维强旋湍流流动的气相控制方程；基于拉格朗日方法建立液滴运动方程；基于薄膜假设获得能够描述液膜流动的壁面液膜模型方程；采用三维非结构化网格有限容积法对气相控制方程进行求解，得到气相的流场分布；对液滴运动方程进行显式求解，得到液滴的运动轨迹；对所述壁面液膜模型方程进行离散求解，得到液膜的厚度和速度分布；重复上述操作，直到流动达到稳定状态；再对上述求解获得的结果进行后处理，得到气液分离性能参数。上述方法实现了直流式气液旋流分离器分离性能的数值预测，无需进行试验即可方便的得到直流式气液旋流分离器的分离性能。

【技术实现步骤摘要】
一种直流式气液旋流分离器的仿真方法
本专利技术涉及石油天然气
，尤其涉及一种直流式气液旋流分离器的仿真方法。
技术介绍
我国深海天然气资源极为丰富，深海天然气开采对保障我国能源安全具有重要战略意义，但深海天然气开采难度极大，采收方案不仅异于陆上，与浅海也有很大差别。国际主流开采方法是采用水下多相生产系统，水下气液分离器是其关键设备，直流式气液旋流分离器具有压降较小、结构紧凑和易于并联等优点，因此在水下气液分离中有着广阔的应用前景。影响旋流器分离性能的因素较多且各因素之间关系复杂，因此在旋流器的设计过程中很难对其性能进行准确预测，在现有的条件下，仅通过成本昂贵且耗时很长的试验研究对旋流器内的流动特性进行优化而获得较高的分离性能是不现实的。因此需要以相关的多相流理论为基础，建立合适的数学模型，通过数值模拟方法分析旋流器内部的复杂流动，更加经济地获得旋流器内部的气液两相流动特性并预测其分离性能。直流式气液旋流分离器内部的流动包括液滴在壁面上的沉积(形成液膜)、液膜在壁面上的流动和液滴夹带等复杂流动与传质现象，因此旋流器内的气液分离过程为复杂的两相三场流动，其中两相是指气相和液相，三场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流式气液旋流分离器的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、首先根据流体力学理论，基于欧拉方法得到直流式气液旋流分离器内气相三维强旋湍流流动的气相控制方程；步骤2、基于拉格朗日方法建立直流式气液旋流分离器内的液滴运动方程；步骤3、基于薄膜假设获得能够描述直流式气液旋流分离器内液膜流动的壁面液膜模型方程；步骤4、采用三维非结构化网格有限容积法对所述步骤1中得到的气相控制方程进行求解，得到气相的流场分布；步骤5、对所述步骤2建立的液滴运动方程进行显式求解，得到液滴的运动轨迹；当液滴沉积到壁面时，沉积液滴的质量被收集并添加到步骤3所建立的壁面液膜模型方程的源项中；步骤6、对所述壁面液膜...

【技术特征摘要】
1.一种直流式气液旋流分离器的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、首先根据流体力学理论，基于欧拉方法得到直流式气液旋流分离器内气相三维强旋湍流流动的气相控制方程；步骤2、基于拉格朗日方法建立直流式气液旋流分离器内的液滴运动方程；步骤3、基于薄膜假设获得能够描述直流式气液旋流分离器内液膜流动的壁面液膜模型方程；步骤4、采用三维非结构化网格有限容积法对所述步骤1中得到的气相控制方程进行求解，得到气相的流场分布；步骤5、对所述步骤2建立的液滴运动方程进行显式求解，得到液滴的运动轨迹；当液滴沉积到壁面时，沉积液滴的质量被收集并添加到步骤3所建立的壁面液膜模型方程的源项中；步骤6、对所述壁面液膜模型方程进行离散求解，得到液膜的厚度和速度分布；当液滴发生夹带时，夹带液滴的质量被添加到步骤2所建立的液滴运动方程中；步骤7、重复步骤4-6的操作，直到所述直流式气液旋流分离器内的流动达到稳定状态；步骤8、再对上述求解获得的结果进行后处理，得到气液分离性能参数。2.根据权利要求1所述直流式气液旋流分离器的仿真方法，其特征在于，所述步骤1获得气相控制方程的过程具体为：建立连续性方程：▽·(ρU)＝0其中，ρ表示气体密度；U表示速度矢量；以及动量方程：其中，t表示时间；p表示气体压力；μ表示气体运动黏度；表示雷诺应力张量；g表示重力加速度；S表示气体与液滴之间相互作用引起的动量源项；所述动量方程中的雷诺应力张量R采用LRR雷诺应力模型进行求解，其输运方程表示为：其中，表示扩散项；P、Φ和ε分别表示产生项、压力应变项和耗散项；运动黏度和湍流运动黏度的张量形式可表示为：μ＝μIP表示平均速度梯度引起的雷诺应力产生项，其表达式为：P＝-((R·▽U)...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓雅军，张琳，李国龙，宇波，孙东亮，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京,11